电容器用高方阻金属化薄膜电极设计、解析与性能调控

金属化介质薄膜是高压电容器的关键组成部分,由于其突出的耐温耐压性能,被广泛应用于电力系统、脉冲功率和新能源汽车等领域。金属化薄膜具有优异的自愈特性,但在大电流冲击下,极薄的金属电极极易出现断裂、失效等现象,是影响电容器安全稳定运行的重要因素。此外,体积大、容量小等问题也严重限制了薄膜电容的应用,并由此形成了技术壁垒。而金属化介质薄膜在向小型化高容量发展的过程中,除新型介质薄膜材料的影响外,超薄高方阻金属化电极结构的设计对薄膜电容器性能的影响也逐渐开始显露。本文旨在综述近年来高方阻金属化薄膜的电极结构设计,及表/界面工程在电极结构设计中的应用与发展。总结过往从电极厚度、元素、图案化对金属化电极结构进行设计的局限性和存在的问题,分析了随着金属电极厚度从微米级向纳米级转变过程中界面在电气特性中承担的角色,偏重结合其自愈特性与电极结构相互作用的关系进行阐述。结合光电半导体领域中超薄金属化薄膜界面研究成果中介质薄膜金属化可以借鉴的界面研究方法,为应用于未来新能源领域中储能用超薄金属化膜如何利用界面开展结构设计及性能调控等方面提供参考。系统阐述了微观基础研究领域中金属化薄膜结构与界面设计对宏观电气性能调控的预测,并从根本上提出薄膜电容器领域发展的国产化关键技术。

皮秒脉冲激光诱导压力波法测量金属化薄膜空间电荷

金属化薄膜是重要的电容器卷绕材料,研究空间电荷效应对其绝缘性能提升至关重要。该文搭建皮秒脉冲激光诱导压力波(laser induced pressure pulse,LIPP)法空间电荷测量系统,以12和6μm厚金属化双向拉伸聚丙烯(biaxially oriented polypropylene,BOPP)薄膜为例,获得其在直流电场下的空间电荷分布。结果可知:同极性电荷量随施加电场增加,在强电场下存在非线性空间电荷效应;金属镀层一侧接负极条件非线性效应更强,但仍弱于薄膜与电极物理接触侧(非金属化一侧),后者向介质内部注入电荷明显,说明金属蒸镀较物理接触可以减弱界面电荷效应;随薄膜厚度减小,获得空间电荷峰宽度减少而峰前沿增加。所得结果证实了皮秒脉冲LIPP法测量10μm及以下金属化薄膜空间电荷分布的可行性,并为研究其空间电荷效应、绝缘性能优化提供一定参考。

激光自动焊接在金属化薄膜电容器的应用及技术研究

随着现代激光焊接技术的不断优化及稳定发展,激光焊接技术在金属化薄膜电容器行业内也得到了应用,但是金属化薄膜电容器普遍容量较大,种类较多,加之其材料的特殊性,影响其焊点成型的因素众多,使得目前金属化薄膜电容器元件组的锡焊难以实现自动化,多为手工作业。为实现金属化薄膜电容器自动焊锡,分析了激光锡焊对各种电容的焊接方式,同时对比传统焊接的独特优势,从治具、激光器、焊材、视觉检测等方面进行了分析,通过拉脱试验测试锡焊点的拉力值检测焊接强度。研究结果表明,激光焊接可以实现金属化薄膜电容器的自动焊锡与焊后质量检测,能够满足焊点质量要求,焊点一致性与稳定性较好。

基于特征提取与误差补偿的金属化薄膜电容器剩余寿命预测

金属化薄膜电容器是轨道交通变流系统的重要元器件之一,精确预测其剩余寿命有助于优化变流系统的运行维护策略,降低系统运用成本,同时降低故障和突发事故发生所带来的损失。由于老化试验成本与时间的限制,当前的寿命预测存在数据样本数小、特征参数测量点少等问题,因此,文中采用能较好适应该类样本的支持向量回归(support vector regression,SVR),并利用深度置信网络(deep belief network,DBN)在未构建复杂且未知的经验退化函数下对电容量退化序列的特征进行深度提取,建立融合DBN与“双通道”支持向量回归(binary support vector regression,BSVR)的预测模型,其中“第一通道”基于Linear核函数的SVR对序列实行多步递归预测(recursive multi-step forecast strategy,RMFS),随后将所获误差代入基于Gauss核函数的“第二通道”SVR完成误差补偿训练,较好地消除了实行RMFS时所造成的累积误差。就此,提出基于特征提取与误差补偿的剩余寿命预测方法,并在老化试验下的金属化薄膜电容器电容量退化数据集上对所提方法进行仿真实验,实验结果表明,该方法在不同预测起点的平均预测误差仅为7.08%,相比已有预测方法有效提升了对电容器剩余寿命的预测精度,增强了模型的可靠性和泛化能力。

提高金属化薄膜电容器动态性能的有效途径

通过对金属化薄膜电容器电性能特别是损耗的机理分析 ,总结生产工艺对其性能的影响 ,提出改变热压聚合工艺参数和热压聚合方法 ,采用高压短路放电 ,高频下测 tgδ变化值 。

金属化薄膜电容器全自动卷绕机控制系统

提出了４～１８μｍ薄膜中型金属化电容器自动卷绕机系统控制策略，给出了其机、电、气一体化系统中的电气控制的硬件框图以及控制系统的软件程序框图，该系统采用推理控制直流伺服系统实现恒张力卷绕。

基于频带能量的模块化多电平换流阀中金属化薄膜电容器失效检测方法

金属化薄膜电容器(metallized polypropylene film capacitor,MPPF)是模块化多电平换流阀(modular multilevel converter,MMC)中最薄弱的部件之一,准确地评估其可靠性对柔性直流输电系统的安全稳定运行十分重要。针对MPPF电容老化后聚丙烯膜熔融导致等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)增大,进而增加电容损耗,加速电容老化的问题,文中提出一种利用电容输出电压高频带能量来表征ESR增加,并在不同服役周期后对比能量变化从而判断电容的老化状态的方法,建立基于频带能量的MPPF电容失效检测模型。文中详细分析电容在MMC系统中的运行机理,并从MPPF电容结构的角度分析电容的失效机理;在建立的MMC系统仿真平台上研究ESR变化与电容输出电压高频带能量之间的规律;在此基础上,建立MPPF电容失效检测模型,并通过实验验证所提方法与模型的可行性和有效性。与现有方法相比,该方法只需电容器电压信息即可评估其当前失效程度,且适用于大部分开关电路中电容器的失效检测,尤其解决了传统方法成本高、算法复杂且普适性不足的问题。为模块化多电平换流阀中MPPF电容的状态监测和寿命评估提供一定的理论基础和技术支撑。

金属化薄膜电容器赋能机理分析与新型分切赋能装置的研制

扼要探讨了在金属化有机薄膜电容器工艺流程中，分切金属化有机薄膜时进行赋能的机理及必要性，并具体分析了具有创新特色的分切赋能装置的工作原理、使用方法与提高薄膜电容器质量的可靠性效果。

金属化薄膜电容器电容量衰减的解决方案

针对抑制电磁干扰和降压用金属化薄膜电容器工作一段时间后容量不正常衰减的问题,通过样品解剖和理论分析,收集不同试验条件下的数据,发现金属化薄膜层间空气和封装方式导致容量不正常衰减。将热聚合温度从85℃提高到120℃,选用高温环氧树脂封装,可使所制金属化薄膜电容器在使用过程中电容量衰减小于1%,保证了电子产品在寿命周期内的正常工作。

金属化薄膜电容器气隙电离现象的讨论

脉冲或交流应用的干式金属化薄膜电容器在制造过程中,介质薄膜层与层之间不可避免的存有气隙。当运行电压超过某一值时,会发生气隙电离,导致金属化镀层被蒸发而形成大小不一的电离斑点,减小了电极的有效面积,显著降低了电容量值从而影响设备的正常运行;通过等效电路的计算,提出了介质相对介电常数大小影响电容器电离电压高低的关系式,显示了在高能量密度脉冲功率电容器的研发中过度追求高介电常数介质的路径可能存在的问题;文末列举了两份实验数据,提出了解决气隙电离的参考途径。

金属化薄膜电容器损耗角正切的测量与评价

电容器的损耗是由介质损耗和金属损耗二部分组成,损耗角正切(tanδ)是金属化薄膜电容器重要技术参数,如果通过测试能找出引起损耗超标的原因,将有利于产品质量的持续改进提高。通过简化电容器的等效电路和采用不同频率的测量分析,可定性判定损耗角正切超标的原因,同时指出测量金属化薄膜电容器损耗角正切(tanδ)应着重于产品的一致性和试验后增量,对于追求"越小越好"的观点需要改变。

金属化薄膜电容器的最新发展动态

根据大容量直流电容器新的市场需求,通过对电解电容、超级电容和金属化薄膜电容的性能比较分析,认为在中、高压范围内金属化薄膜电容器性能、寿命、可靠性等方面优势明显,已经逐步替代铝电解电容,介绍应用例子和产品发展趋势,并期待着国产金属化薄膜大容量直流电容器能尽快缩短与先进国家产品的差距。

金属化薄膜电容器噪声产生的机理分析

金属化薄膜电容器的噪声是薄膜在交流电场下振动引起,如何消除至今在电容器行业中仍是一个技术难题。通过对有噪声产品解剖观测和对噪声现象特点的分析研究,提出了揭示噪声产生原因和噪声与温度关系的"气泡噪声"机理,认为热定型工序的高温生成薄膜层间的气泡是产生噪声的根本原因。材料筛选、工艺改进能改善噪声强度和发生概率,但只要热定型工序存在要杜绝噪声的产生就是十分困难的。

降低节能灯用金属化薄膜电容器tgδ的途径

根据节能灯对金属化薄膜电容器的耐温及耐电冲击等要求,采取控制芯子的错边、喷金层与金属层的粘结、喷金层完整度、喷金层与引线之间的接触等措施,实现了对金属化薄膜电容器关键参数的控制——损耗角正切tg的控制。

美国Flex Films首次推出金属化薄膜高端缺陷检测系统

据“www.plasticstoday.com”报道,Flex Films(美国)宣布推出网络金属化表面检测系统。该公司的FlexMetProtect金属化薄膜采用最先进的光学表面检测和缺陷分类系统,借助新推出的网状金属化表面检测系统来显示和量化薄膜上的缺陷。

金属化薄膜电容器关键材料的现状与发展趋势

本文阐述了金属化薄膜电容器结构、功能、应用领域、新能源领域应用前景。分析了金属化薄膜、喷金料两大关键材料国内市场规模、技术现状,及与国外高端同行的技术差距,提出现有的技术解决方案及取得的成效,并展望了两大关键材料及配套锡焊料研究的发展趋势,为行业提供有益的参考。

金属化薄膜电容器自动锡焊及视觉检测技术研究

为了实现金属化薄膜电容器自动锡焊,首先进行元件摆放工装设计,运用视觉定位系统,对需要锡焊的位置进行准确定位;配合自动锡焊系统及锡焊工艺参数的控制,实现焊点的自动焊接;最后采用视觉检测系统对焊点的位置、尺寸、缺陷等参数进行检测与判定,通过拉脱试验测试锡焊点的拉力值检测焊接强度。研究结果表明,本系统可以实现金属化薄膜电容器的自动锡焊与焊点质量检测,能够满足焊点质量要求,焊点一致性与稳定性较好。

金属化薄膜电容器焊接工艺对容量衰减的影响分析

对于电容量精度要求高、额定容量小的金属化薄膜电容器,要保证电容量稳定,防止衰减,除了卷绕和热定型工序需要严格控制外,还必须注意后道工序对电容器容量衰减的影响,尤其是我们容易忽视的心子焊接工序。本文通过采用不同焊接功率时与焊接牢度、电容量衰减、损耗角正切之间关系进行对比试验,论证了焊接工艺对电容器的容量衰减有着不可忽视的影响。

等离子处理对金属化薄膜阻透性能的影响

本文简要介绍了等离子处理技术的基本原理和作用,并且通过比较金属化薄膜经等离子处理与未经等离子处理阻透性能的差异,阐述了等离子处理与金属化薄膜阻透性能的关系。

金属化薄膜电容器

在SNEC（2012）第六届上海国际太阳能光伏展上，集团成员爱普科斯（EPCOS）展示了面向光伏产业的多种元器件，并推出了应用在光伏微型逆变器上的金属化薄膜电容器。